表面活性剂-生物炭联合强化土壤有机污染物固定及降解的机制研究

The organic contaminants in soil would enter vegetables and crops cultivated on the contaminated soil, which may lead to a great threat to the quality of agricultural production and to human health. The retarding effects of surfactants and biochars on plant uptake and accumulation of organic contaminants from soils have been investigated and proposed to be a new technique for safe agricultural food production in contaminated soils. This project attempts to use the surfactants or biochars to retard the soil-to-plant transfer of organic contaminants and simultaneously improve the biodegradation of the sorbed-organic contaminants by high-performance degrading strains. Systematic studies will be performed on the simultaneous sorption of PAHs and the high-performance degrading strains by surfactant/biochar-amended soils. The interactions among surfactant, soil, biochar and the microorganism will be studied,so that to find the best conditions for the simultaneous improvement of the soil retention and the biodegradation of the organic contaminants. Apply the surfactants and bacterial suspension to the upland soil-plant system, or apply the biochars loading high-performance PAH-degrading strains to the paddy field-rice system, to develop a new technology of retarding the plant uptake of organic contaminants and simultaneously improving the bioremediation of organic contaminated soil.

表面活性剂或生物炭可有效固定土壤中的有机污染物，抑制其向作物体内迁移,保障农产品安全。若联合表面活性剂、生物炭和对吸附态污染物有特殊活性的降解菌，一方面促进土壤对有机污染物及其降解菌的共同吸附，为细菌提供高污染物浓度的微环境，另一方面利用表面活性剂促进吸附态细菌对吸附态污染物的获得和利用，则可在阻控作物吸收有机污染物的同时强化吸附态有机污染物的降解去除。该设想有两个重要理论前提尚待研究：即在合适的表面活性剂和生物炭作用下，（1）土壤对有机污染物及其降解菌的高效共同吸附；（2）细菌对吸附态污染物的高效降解。因此，本项目将重点研究不同表面活性剂和生物炭对土壤同时吸附有机污染物及其降解菌的影响，以及表面活性剂对细菌降解吸附态污染物的影响，分析表面活性剂、生物炭、微生物和污染物间的相互作用和匹配性，探明表面活性剂-生物炭联合促进土壤有机污染物固定及降解去除的条件、作用机制和影响因素。

土壤和水体中疏水性有机污染物的去除是当前环境科学研究的重点之一。吸附技术和微生物技术是当前最有前景的有机污染控制技术，本项目为吸附技术和微生物技术的结合应用提供了一种新的思路。. 本项目重点关注了表面活性剂对生物炭吸附疏水性有机污染物的影响和机制，以及表面活性剂、生物炭对微生物降解有机污染物的影响和机制。结果显示，阳离子表面活性剂溴代十二烷基吡啶DDPB、非离子表面活性剂TritonX-100和阴离子表面活性剂鼠李糖脂均可不同程度地促进生物炭吸附PAHs，且促进程度与表面活性剂浓度有关。表面活性剂对生物炭吸附PAHs的促进作用取决于生物炭上吸附态表面活性剂对PAHs的分配作用，但表面活性剂浓度较高时，溶液中胶束态表面活性剂对PAHs的增溶作用反而抑制了生物炭对PAHs的吸附；三种不同类型表面活性剂对铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ降解苊的影响显著不同。鼠李糖脂可显著促进苊的降解，且促进作用随着鼠李糖脂浓度的增大而增强；CMC浓度以下的TritonX-100对P. aeruginosa JXQ降解苊都有一定的促进作用，TritonX-100浓度为1倍CMC时促进作用最强。DDPB对苊P. aeruginosa JXQ有较强毒性，完全抑制了苊的降解；在此基础上进一步研究了表面活性剂、生物炭和微生物共存体系中，对PAHs的联合去除作用及机制。结果显示低浓度鼠李糖脂和生物炭联合作用时不仅促进了溶液中苊的吸附去除，同时促进了P. aeruginosa JXQ对苊的降解。联合作用下对苊的去除效果比两者单独作用时更显著。. 基于以上研究，进一步发明了吸附法和凝胶包埋法制备的表面活性剂强化生物炭固定化微生物材料，并测试了两类固定化材料在不同环境条件下的应用效果。结果显示吸附法制备的Triton X -100强化生物炭固定化铜绿假单胞菌材料对苊的去除率较无表面活性剂的固定化材料提高了20%~24%；凝胶包埋法制备的Triton X-100强化生物炭包埋降解菌小球较无表面活性剂包埋的小球对苊的去除率提高了31%。两种材料分别适用于土壤中有机污染物的固定降解和污水生物处理系统。